Этап 1.

При анализе собранной информации и построения сценария функционирования объекта в первую очередь строят его каноническую модель. Для этого прежде всего выявляют границы между объектом и внешней средой (т.е. определяют понятие «исследуемый объект») и между внешней средой и окружением. Для исследуемой системы (процесса) окружение есть множество всех объектов вне системы, изменение характеристик которых влияет на систему или (и) характеристики которых изменяются вследствие поведения системы. Таким образом, окружение есть учитываемая при исследовании часть внешней среды.

Таблица 2.1. Процедура построения сценария

Рассмотрим особенности канонических моделей. Объект взаимодействует с окружением посредством входов и выходов.

Рис. 2.1. Каноническая модель объекта исследования

Как показано на рис. 2.1. , основными типами входов являются: x₁ –информационный вход, управляющий деятельностью объекта или подлежащий переработке объектом; x₂– энергетический вход, обеспечивающий развитие объекта или его поддержание на заданном уровне производительности; x₃ – материальный вход, представляющий собой поток материальных средств, подлежащих переработке объектом либо потребляемых в процессе его функционирования; x₄ – кадровый вход, обеспечивающий объект подготовленными для участия в процессе функционирования кадрами.

Указанные входы представляют собой организованные входы, их наличие обеспечивается целеустремленной деятельностью людей. Помимо организованных входов есть неорганизованные, как правило, затрудняющие деятельность системы входы – возмущения х_В, поступающие из окружения (срывы сроков поставки материалов, несоответствие марки материала и т.д.), которые также могут быть классифицированы по этим четырем типам.

Таким образом, вход исследуемого объекта представляет собой вектор

.

Каждый вход может иметь несколько составляющих, так что

где i - тип входа; j – номенклатура входа; g – источник входа.

Результат деятельности системы – вектор выхода может быть охарактеризован аналогичными составляющими:

,

где – информационный выход, характеризующий результат информационной деятельности системы; – энергетический выход, характеризующий передачу энергии от системы в окружающую среду и отход элементов системы (по выработке их ресурса), несоответствию требований или дефектам; – материальный выход, характеризующий материальный результат целенаправленного действия системы (то, что система произвела), а также отходы сырья и материалов; – кадровый выход, характеризующий движение (выбытие) кадров; –выход-возмущение, характеризующий побочные действия объекта на окружение (в свою очередь также может быть подраздел на информационный, энергетический, материальный и кадровый).

Как и для входов, составляющие вектора выхода могут быть представлены в виде

где i - тип выхода; j – номенклатура выхода; g – назначение выхода.

Характерные входы и выходы производственной системы представлены в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Типовые входы и выходы канонической модели

Определение необходимого состава факторов, включаемых в исследование, подразумевает перечисление всех факторов, влияющих как положительно, так и отрицательно на результаты работы объекта. Определить выходные факторы обычно нетрудно. Если хорошо проработан вопрос о целях и назначении исследования, требуемые выходные характеристики почти самоочевидны. Трудности возникают при определении существенности входных факторов, т.е. того, какие входные факторы влияют на исследуемую проблему и какими из них возможно и необходимо варьировать, чтобы получить желаемое решение.

При анализе факторов целесообразно кроме классификации по типам классифицировать по их следующим признакам:

1) по возможности количественного описания:

количественные, скалярно измеряющие в определенной шкале степень проявления данного свойства. Для количественных факторов необходимо дать полное техническое описание каждого фактора по основным типам свойств – пространственных, временных, информационных, физических. Кроме того, могут быть рассмотрены также такие свойства факторов, как стационарность или нестационарность, непрерывность или дискретность по времени или величине;

порядковые, позволяющие распределить множество объектов по группам, упорядочивающим анализируемые объекты по степени проявления в них изучаемого свойства, причем каждая группа соответствует некоторой области значений количественных факторов, характеризующих данное свойство. Примером может служить фактор «квалификационный разряд» рабочего, количественными характеристиками могут служить нормативы затрат труда при выполнении тех или иных производственных операций;

классификационные (номинальные), позволяющие разбивать совокупность некоторых объектов на не поддающиеся упорядочиванию однородные по анализируемому свойству классы, например профессия работника, регламент обслуживания или режим работы оборудования.

Качественные факторы этих видов в модели задаются уровнями – условными обозначениями (номерами или индексами) групп или классов, причем для порядковых факторов номера или индексы обязательно упорядочены, а для классификационных факторов порядок их обозначений безразличен. Порядковые и классификационные факторы могут существенно влиять на облик модели: в ряде случаев для описания каждого уровня или группы уровней может потребоваться построение собственной математической модели.

Часть качественной информации на современном уровне развития науки в принципе не поддается формализации в математической модели (например, влияние настроения рабочего, общественное мнение) и поэтому не может быть включена в модель.

2) по степени определенности:

детерминированными называются факторы, значения которых для исследуемого процесса фиксированы и известны исследователю;

случайными (стохастическими) факторами называются такие, для которых известен вид закона распределения и его характеристики (например, математическое ожидание, дисперсия и т.д.), хотя каждая конкретная реализация такого фактора в исследуемом процессе не известна;

неопределенными называются факторы, для которых известна только область распределения фактора – диапазон его возможных значений. Если известно, что фактор случаен, но не известен точно закон его распределения, то он также относится к неопределенным.

Неопределенные факторы появляются из-за недостаточной изученности каких либо процессов, протекающих в окружении и либо не зависящих от деятельности людей – природные неопределенности, либо появляющихся за счет поведения людей, входящих в окружение исследуемого объекта – «противника», действующего независимо от исследователя и не преследующего его целей. Факторы первой группы при дальнейшем изучении, в том числе и с помощью специально поставленных экспериментов, могут быть переведены в разряд случайных или даже детерминированных;

3) по роли факторов в модели:

выходные характеристики окружения, являющиеся входами модели функционирования объекта. Они могу быть детерминированными (начальные условия), стохастическими и неопределенными;

переменные управления (переменные математической модели), количество которых и диапазоны их изменения устанавливаются исследователем на основе изучения возможностей заказчика по управлению объектом. В качестве переменой динамической модели может выступать независимая от исследователя переменная «время»;

процедурные действия, как правило, дискретные события, влияющие на течение процесса функционирования объекта (пуск, переключение режимов работы, останов и т.п.). Часть из них может рассматриваться как качественные дискретные переменные управления ( например, режим работы, наилучший для данной ситуации). Процедурные действия в математической модели учитываются в виде логических условий, определяющих правила их введения. Как привило, каждое конкретное процедурное действие определяет свои границы изменения количественных переменных управления;

начальные параметры объекта – детерминированные факторы, характеризующие те или иные свойства элементов объекта на момент начала моделирования;

переменные состояния являются зависимыми переменными и характеризуют свойства элементов объекта, меняющиеся в процессе протекания исследуемого процесса. Это промежуточные параметры модели, значения которых зависят от значений характеристик окружения, переменных и процедур управления, начальных параметров объекта времени;

выходные переменные характеризуют либо конечное состояние объекта в результате выполнения исследуемой операции, либо интересующие исследователя конечные результаты функционирования объекта. В первом случае в качестве выходных переменных выступают те или иные переменные состояния, во втором – либо переменные состояния, либо, что значительно чаще, выходные характеристики, произведенные от переменных состояния.

Этап 2

Одновременно с анализом входных и выходных факторов изучаются внутренняя структура объекта, принимаются решения о включении тех или иных элементов изучаемого объекта в состав его будущей модели. При этом физические границы объекта вовсе не обязаны совпадать с границами модели объекта. Так, например, при рассмотрении вопросов оперативного управления производством продукции в цехе в модель можно не включать блоки работы ряда непосредственно не влияющих на него подразделений цеха (бюро труда и заработной платы, хозяйственный персонал и вспомогательные службы), установив их характеристики на определенном фиксированном уровне.

Структура объекта рассматривается с помощью моделей двух типов: иерархической модели и модели внутренней структуры.

В иерархической модели объект расчленяется на уровни согласно принципу подчинения низших уровней высшим. В общем случае любую систему можно подразделить на подсистемы определенного ранга (Рис.2.2). В качестве верхнего нулевого уровня целесообразно рассматривать суперсистему, т.е. систему, в которую исследуемый объект входит в качестве подсистемы первого ранга. Это позволяет уточнить состав подсистем суперсистемы, связанных с исследуемым объектом и входящих в его окружение.

Рис. 2.2. Иерархическая модель объекта (дерево системы)

Следует отметить, что при построении иерархической модели для конкретного объекта исследования декомпозиция отдельных подсистем по уровням может проводиться с различной глубиной: степень декомпозиции будет определяться как спецификой решаемой задачи, таки имеющейся информацией об объекте.

В модели внутренней структуры отражаются взаимосвязи между элементами объекта в процессе функционирования, причем, как правило, элементы модели внутренней структуры полностью соответствуют нижним элементам иерархической модели (даже если элементы различных рангов).

Для модели внутренней структуры характерна незначительная детализация имеющихся связей. В них обычно отражаются тип связи (материальная, информационная, кадровая и т.п.) и направление связи (откуда и куда).

Для описания вида взаимосвязей можно использовать различные обозначения. В модель внутренней структуры необходимо также включать элементы окружения, что позволяет конкретизировать источники и места приложения входов и выходов в канонической модели.